MEMS结构、MEMS组件制造技术

技术编号:20203975 阅读:23 留言:0更新日期:2019-01-25 21:35
本申请公开了MEMS结构、MEMS组件。包括:模板层,所述模板层包括用于限定空腔的第一凹槽;位于所述模板层上的停止层;位于所述空腔上的掩模层;位于所述掩模层上的封闭层,所述封闭层封闭所述多个释放孔,其中,所述模板层还包括围绕所述第一凹槽的多个第二凹槽,所述多个第二凹槽与所述释放孔的位置相对应,所述封闭层包括多个突出部,其中,所述第一凹槽的第一深度大于第二凹槽的第二深度,其中,多个第二凹槽与释放孔的位置相对应,封闭层包括多个突出部,多个突出部穿过多个释放孔插入至多个第二凹槽中,从而形成栓塞以封闭多个释放孔。利用栓塞结构填充释放孔以及封闭空腔,以提高MEMS结构的工作稳定性和可靠性。

MEMS structure and components

This application discloses a MEMS structure and a MEMS component. The template layer comprises a first groove for defining the cavity, a stop layer on the template layer, a mask layer on the cavity, a sealing layer on the mask layer, and a plurality of release holes closed by the sealing layer, in which the template layer also includes a plurality of second grooves surrounding the first groove, the plurality of second grooves and the The position of the release hole corresponds to that of the sealing layer, which comprises a plurality of protrusions, in which the first depth of the first groove is greater than the second depth of the second groove, in which a plurality of second grooves correspond to the position of the release hole, and the sealing layer comprises a plurality of protrusions, through which a plurality of protrusions are inserted into a plurality of second grooves, thereby forming embolism to seal multiple releases. Hole openings. In order to improve the stability and reliability of the structure, the embolic structure is used to fill the release hole and close the cavity.

【技术实现步骤摘要】
MEMS结构、MEMS组件
本技术涉及MEMS(微机电系统)技术,更具体地,涉及MEMS结构、MEMS组件。
技术介绍
MEMS(微机电系统)是采用光刻和蚀刻等工艺在半导体衬底上形成的微型系统。MEMS结构内部包括空腔、电极等微结构,已经衍生出多种类型的产品,包括加速度计、压力传感器、湿度传感器、指纹传感器、陀螺仪、麦克风、马达、微泵等。随着手机等移动终端的发展,指纹传感器获得了广泛的应用。指纹是指人的手指末端正面皮肤上凹凸不平的纹路,纹路有规律的排列形成不同的纹型。指纹识别指通过比较不同指纹的细节特征点来进行身份鉴定。由于具有终身不变性、唯一性和方便性,指纹识别的应用越来越广泛。指纹传感器例如是包括压电材料的MEMS结构,利用压电材料的逆压电效应产生超声波。该超声波在接触到指纹时,在指纹的嵴、峪中表现出不同的反射率和透射率。通过扫描一定面积内的超声波束信号即可读取指纹信息。进一步地,指纹传感器可以是MEMS组件,包括集成在一起的MEMS结构和CMOS电路。MEMS结构用于发射和接收超声波,CMOS电路用于为MEMS结构提供驱动信号和处理检测信号。共晶键合是集成CMOS电路和MEMS结构的有效方法。但是,在键合过程中会产生键合浆料溢流现象,导致管芯的结构部件短路而失效,大大的降低了良率。同时,键合工艺对准精度不高,从而导致用于电气连接的共晶键合点的尺寸较大,提高了制造成本。采用键合工艺集成CMOS电路和MEMS结构导致制造工艺复杂化、高成本和低良率。在改进的方法中,可以在CMOS电路上直接制作MEMS结构。然而,由于在CMOS电路上形成MEMS结构的叠层,因此,在MEMS结构中形成空腔非常困难,尤其是难以精确地限定空腔的尺寸。例如,该MEMS结构沿着堆叠方向始终只能提供一个自由表面,因而在形成空腔的步骤中仅能在该自由表面上开口,从而限制了工艺自由度。此外,CMOS电路自身包括多个层间介质层,其中含有大量的气体,如Ar、H2等,在形成空腔的步骤中或者之后,气体释放至空腔中,从而导致空腔的机械性能和声学性能劣化。因此,期望进一步改进MEMS结构中的空腔形成方法以改善与CMOS工艺的兼容性和提高MEMS结构的工作稳定性和可靠性。
技术实现思路
有鉴于此,本技术的目的是提供MEMS结构、MEMS组件及其制造方法,其中,采用封闭层的突出部形成栓塞结构填充释放孔以及封闭空腔,以提高MEMS结构的工作稳定性和可靠性。根据本技术提供的一种MEMS结构,包括:模板层,所述模板层包括用于限定空腔的第一凹槽;位于所述模板层上的停止层,所述停止层覆盖所述第一凹槽的底部和侧壁,从而形成与所述第一凹槽相对应的所述空腔;位于所述空腔上的掩模层,所述掩模层包括与所述空腔连通的多个释放孔;以及位于所述掩模层上的封闭层,所述封闭层封闭所述多个释放孔,其中,所述模板层还包括围绕所述第一凹槽的多个第二凹槽,所述多个第二凹槽与所述释放孔的位置相对应,所述封闭层包括多个突出部,所述多个突出部穿过所述多个释放孔插入至所述多个第二凹槽中,从而形成栓塞以封闭所述多个释放孔,其中,所述第一凹槽的第一深度大于第二凹槽的第二深度。优选地,其中,所述多个第二凹槽分别包括在所述模板层的表面暴露的第一开口,以及在所述第一凹槽的侧壁暴露的第二开口,所述第一开口与所述多个释放孔的相应一个释放孔连通,所述第二开口与所述第一凹槽连通。优选地,还包括:用于支撑所述模板层的支撑层。优选地,其中,所述第一凹槽穿透所述模板层。优选地,其中,所述释放孔的横向尺寸为0.1微米至5微米。优选地,其中,所述模板层由选自金属、半导体、非晶硅、氧化硅和氮化硅任一种的材料组成。优选地,其中,所述掩模层和所述停止层分别由耐蚀材料组成。优选地,其中,所述耐蚀材料包括选自钽、金、氮化铝、氧化铝和非晶硅中的任意一种。优选地,其中,所述封闭层由选自氮化铝、氧化硅和氮化硅任一种的材料组成。优选地,所述多个释放孔的截面形状为选自圆形、椭圆形、三角形、矩形、五边形中的任一种。优选地,其中,所述多个第二凹槽的截面形状为选自圆形、椭圆形、三角形、矩形、五边形中的任一种。优选地,还包括:位于所述封闭层上的压电叠层。优选地,其中,所述压电叠层包括依次堆叠的第一电极、压电层和第二电极。根据本技术提供的另一种MEMS组件,包括:CMOS电路;以及根据上述所述的MEMS结构,其中,所述CMOS电路与所述MEMS结构相连接,用于向所述MEMS结构提供驱动信号以及接收所述MEMS结构的检测信号。根据本技术提供的另一种MEMS组件,包括:TFT电路;以及根据上述所述的MEMS结构,其中,所述TFT电路与所述MEMS结构相连接,用于选择性地将所述MEMS结构的一部分连接至外部电路,所述外部电路向所述MEMS结构提供驱动信号以及接收所述MEMS结构的检测信号。本技术的MEMS结构,采用模板层中的第一凹槽限定空腔的尺寸,采用封闭层中的多个突出部插入掩模层中的释放孔和模板层的第二凹槽中,从而形成栓塞,以改善密封效果和提高机械强度,从而改善与CMOS工艺的兼容性和提高MEMS结构的工作稳定性和可靠性。在优选的实施例中,多个第二凹槽分布于空腔的周边,从而维持掩模层的完整性及机械强度,使得所述掩模层可以支撑封闭层。该方法可以获得尺寸均匀和精确的真空空腔,并且可以利用停止层和掩模层隔绝CMOS电路中的层间介质层释放的气体,进一步改善与CMOS工艺的兼容性。该MEMS结构可以与CMOS电路一起形成MEMS组件,例如超声波指纹传感器,能够提高指纹传感器工作频率的稳定性与可靠性。附图说明通过以下参照附图对本技术实施例的描述,本技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚,在附图中:图1a至1c分别示出根据本技术实施例的MEMS组件中封闭层的仰视图以及MEMS组件的不同位置的截面图;图2a和2b至9a和9b示出根据本技术实施例的MEMS组件的制造方法不同阶段的截面图。具体实施方式以下将参照附图更详细地描述本技术。在各个附图中,相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见,附图中的各个部分没有按比例绘制。此外,可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本技术的许多特定的细节,例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术,以便更清楚地理解本技术。但正如本领域的技术人员能够理解的那样,可以不按照这些特定的细节来实现本技术。在下文的描述中,术语“MEMS组件”表示CMOS电路和MEMS结构集成在一起形成的组件。在一个实例中,MEMS组件例如是包括CMOS电路和超声波换能器的超声波传感器。然而,本技术的实施例不限于MEMS组件为超声波传感器的情形,而是可以适合于任何包括空腔的MEMS结构及其与CMOS电路集成在一起形成的MEMS组件。本技术可以各种形式呈现,以下将描述其中一些示例。图1a至1c分别示出根据本技术实施例的MEMS组件中封闭层的仰视图以及MEMS组件的不同位置的截面图。在图1a中示出了MEMS组件中的封闭层125,该仰视图是从衬底向封闭层观察的视图。如图1a所示,在MEMS组件100中,封闭层125用于封闭空腔。在图1a中将封闭层125单独示出。然而,可以理解,在最终本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种MEMS结构,包括:模板层,所述模板层包括用于限定空腔的第一凹槽;位于所述模板层上的停止层,所述停止层覆盖所述第一凹槽的底部和侧壁,从而形成与所述第一凹槽相对应的所述空腔;位于所述空腔上的掩模层,所述掩模层包括与所述空腔连通的多个释放孔;以及位于所述掩模层上的封闭层,所述封闭层封闭所述多个释放孔,其特征在于,所述模板层还包括围绕所述第一凹槽的多个第二凹槽,所述多个第二凹槽与所述释放孔的位置相对应,所述封闭层包括多个突出部,所述多个突出部穿过所述多个释放孔插入至所述多个第二凹槽中,从而形成栓塞以封闭所述多个释放孔,其中,所述第一凹槽的第一深度大于第二凹槽的第二深度。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS结构,包括:模板层,所述模板层包括用于限定空腔的第一凹槽;位于所述模板层上的停止层,所述停止层覆盖所述第一凹槽的底部和侧壁,从而形成与所述第一凹槽相对应的所述空腔;位于所述空腔上的掩模层,所述掩模层包括与所述空腔连通的多个释放孔;以及位于所述掩模层上的封闭层,所述封闭层封闭所述多个释放孔,其特征在于,所述模板层还包括围绕所述第一凹槽的多个第二凹槽,所述多个第二凹槽与所述释放孔的位置相对应,所述封闭层包括多个突出部,所述多个突出部穿过所述多个释放孔插入至所述多个第二凹槽中,从而形成栓塞以封闭所述多个释放孔,其中,所述第一凹槽的第一深度大于第二凹槽的第二深度。2.根据权利要求1所述的MEMS结构,其特征在于,所述多个第二凹槽分别包括在所述模板层的表面暴露的第一开口,以及在所述第一凹槽的侧壁暴露的第二开口,所述第一开口与所述多个释放孔的相应一个释放孔连通,所述第二开口与所述第一凹槽连通。3.根据权利要求1所述的MEMS结构,其特征在于,还包括:用于支撑所述模板层的支撑层。4.根据权利要求1所述的MEMS结构,其特征在于,所述第一凹槽穿透所述模板层。5.根据权利要求1所述的MEMS结构,其特征在于,所述释放孔的横向尺寸为0.1微米至5微米。6.根据权利要求1所述的MEMS结构,其特征在于,所述模板层由选自金属、半导体、非晶硅、氧化硅和氮化硅任一种的材料组成。7.根据权利要求1所述的MEMS结构,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:季锋闻永祥刘琛刘健
申请(专利权)人:杭州士兰微电子股份有限公司
类型:新型
国别省市:浙江,33

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